[發明專利]夾心并聯式外延GaN的PIN型α輻照電池及制備方法

有效

• 申請號: 201410299858.2
• 申請日: 2014-06-29
• 公開（公告）號: CN104051041B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 郭輝;趙亞秋;宋慶文;張藝蒙;張玉明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G21H1/06
• 分類號: G21H1/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

1.一種夾心并聯式外延GaN的PIN型α輻照電池，包括：PIN單元和α放射源層，其特征在于：

所述PIN單元，采用由上下兩個PIN結并聯構成；上PIN結自上而下依次為，N型歐姆接觸電極(5)、N型高摻雜4H-SiC襯底(1)、摻雜濃度為1x10¹⁵～3x10¹⁵cm^-3的N型低摻雜SiC外延層(2)、摻雜濃度為1x10¹⁹～5.5x10¹⁹cm^-3的P型高摻雜GaN外延層(3)和P型歐姆接觸電極(4)；下PIN結自上而下依次為，P型歐姆接觸電極(4)、摻雜濃度為1x10¹⁹～5.5x10¹⁹cm^-3的P型高摻雜GaN外延層(3)、摻雜濃度為1x10¹⁵～3x10¹⁵cm^-3的N型低摻雜SiC外延層(2)、N型高摻雜4H-SiC襯底(1)和N型歐姆接觸電極(5)；

所述α放射源層(6)，夾在上下兩個PIN結的P型歐姆接觸電極(4)之間，以實現對高能α粒子的充分利用。

2.根據權利要求1所述的電池，其特征在于α放射源層(6)采用原子質量為241的镅元素，即Am²⁴¹。

3.根據權利要求1所述的電池，其特征在于α放射源層(6)采用原子質量為238的钚元素，即Pu²³⁸。

4.根據權利要求1或2或3所述的電池，其特征在于α放射源層(6)的厚度h滿足h≤m，其中m為α放射源所釋放的高能α粒子在α放射源材料中的平均入射深度，對于α放射源為Am²⁴¹的，其取值為：m＝7.5μm，對于α放射源為Pu²³⁸的，其取值為：m＝10μm。

5.根據權利要求1所述的電池，其特征在于N型低摻雜外延層(2)的厚度L滿足L≥g，其中，g為α放射源所釋放的高能α粒子在4H-SiC中的平均入射深度，對于α放射源為Am²⁴¹的，其取值為：i＝10μm，對于α放射源為Pu²³⁸的，其取值為：i＝18.2μm。

6.根據權利要求1所述的電池，其特征在于P型高摻雜GaN外延層(3)的厚度為0.1～0.2μm。

7.根據權利要求1所述的電池，其特征在于襯底(1)采用摻雜濃度為lx10¹⁸cm^-3的N型4H-SiC。

8.一種夾心并聯式外延GaN的PIN型α輻照電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)制作下PIN結：

1.1)清洗：對SiC樣片進行清洗，以去除表面污染物；

1.2)生長N型低摻雜SiC外延層：利用化學氣相淀積CVD法在清洗后的SiC樣片表面外延生長一層摻雜濃度為1x10¹⁵～3x10¹⁵cm^-3，厚度為15～30μm的N型低摻雜SiC外延層；

1.3)生長P型高摻雜GaN外延層：將生長N型低摻雜SiC外延層后的樣品放入化學氣相淀積CVD爐中，在H₂氛圍下加熱到1100℃并保持10min以清潔表面；再向反應室內通入流量分別為52.3μmol·min^-1、0.035mol·min^-1的三甲基鋁和NH₃，在低摻雜SiC外延層上生長60nm厚的AlN；然后將反應室降溫至1050℃，向反應室內通入流量分別為6.5μmol·min^-1、8.93mmol·min^-1、0.18μmol·min^-1的三甲基鎵、NH₃和CP₂Mg，完成鎂摻雜濃度為1x10¹⁹～5.5x10¹⁹cm^-3，厚度為0.1～0.2μm的P型高摻雜GaN外延層的生長；

1.4)淀積歐姆接觸電極：在P型高摻雜GaN外延層表面利用電子束蒸發法淀積一層厚度為50nm/200nm的金屬Ti/Au，作為P型歐姆接觸電極；利用電子束蒸發法在SiC襯底未外延的背面淀積厚度為300nm的Ni金屬層，作為N型歐姆接觸電極；1100℃下氮氣氣氛中快速退火3分鐘。

(2)重復步驟1.1)到步驟1.4)制作上PIN結。

(3)利用分子鍍在下PIN結的P型歐姆接觸電極或者上方PIN結的P型歐姆接觸電極上鍍一層厚度為3～6μm的α放射源。

(4)利用鍵合法將上PIN結的P型歐姆接觸電極一面與下PIN結的P型歐姆接觸電極一面壓合在一起，完成夾心并聯式外延GaN的PIN型α輻照電池的制作。